Тайны озера Восток — Ящик Пандоры?
Озеро Восток, находящееся в непосредственной близости от Южного геомагнитного полюса Земли – возможно, одна из последних серьезных загадок нашего мира. Вода в озере, взятая в ледяной плен от 20 до 14 миллионов лет! назад, сохранила информационный «снимок» доисторического состояния планеты Земля. А это означает, что люди имеют возможность заглянуть в такое далекое прошлое, о котором и не смели мечтать. К примеру, по состоянию воды возможно будет судить о составе древней атмосферы, вулканических процессах, потрясавших планету в начале четвертичного периода. И даже о древнейших формах жизни.
На сегодняшний день 45 государств имеют в Антарктиде свои станции и проводят активную научную работу. И русским принадлежит пальма первенства в открытии подледникового «реликта», а именно флагштурману авиационного отряда 4-й Советской антарктической экспедиции Р.В.Робинсону. Он, как затем и другие летчики при полетах со станции Мирный в район станции Восток, видел весьма большие участки поверхности, которые резко отличались от остальных и условно названные «озерами».
Они встречались всегда в одних и тех же местах, потому даже их использовали для навигации. Но тогда к этому никто не относился серьезно. Та же участь ожидала и гипотезу знаменитого гляциолога И.А.Зотникова (ныне член-корреспондент РАН, доктор географических наук), предположившего возможность таяния толщи Антарктического ледника при его движении.
Казалось бы, о каком озере можно говорить, когда средняя температура в Антарктиде достигает –57 °C. При этой температуре вода вне всякого сомнения замерзает. Однако в том-то и дело, что озеро расположено не на поверхности, а под 4-х километровым слоем льда. Правду сказать, даже когда летчиками были обнаружены эти плоские равнины, то озерами они назвали их за гладь, напоминающую с высоты озерную. Произошло так, что именно над таким озером, сами того не подозревая, в 1957 г. участники советской полярной экспедиции устроили станцию «Восток» (одноименное название дали озеру в 1993 г.).
Даже А.Капица, тогда начинающий географ, а в последствии академик, получив при сейсмозондировании в 1959 и 1964 годах нестандартный отраженный сигнал, не решился на столь смелую догадку. Сигнал выдал два пика отражения вместо одного – у отметок 3730 и 4130 м. Из этого выходило, что до глубины 3730 м простирается толща ледника, а на глубине 4130 м начинаются коренные горные породы Антарктиды. Загадочную форму сигнала ученые тогда объяснили лежащими подо льдами осадочными породами.
Теперь точно выяснили, что сейсмические волны «наткнулись» не на осадочное отложение, а на 400-метровую толщу воды. А в 1970-х годах Британский полярный институт имени Р.Скотта выполнил большую программу авиаполетов с зондированием радиоволнами ледников Центральной Антарктиды. На лентах радиозондирования маршруты в некоторых местах пересекали участки, где отражения подо льдом имели довольно своеобразный характер. Возможно было сделать предположение, что именно в этих точках полетные линии пересекали крупные скопления подледниковых вод, которые тогда, в 1970-х годах, и получили название подледных озер. А озеро, над которым находилась станция «Восток», получило название по ее имени. Но все это по-прежнему было лишь научной гипотезой.
И лишь в начале 1990-х годов, когда в руках ученых оказались данные лазерной альтиметрии, которые были сделаны с космического спутника «ERS-1», стало очевидным: в районе станции «Восток» находится большая плоская равнина до 280 км длиной и до 70 км шириной. Эти данные заставили А.Капицу поднять результаты своего давнего сейсмозондирования. Собрав все имеющиеся научные исследования, академик сделал доклад, ставший настоящей мировой сенсацией. Так в 1994 г. мир узнал, что внутри безжизненного полюса холода находится древнее законсервированное озеро. Открытие гигантского подледникового озера в Антарктиде вблизи российской станции «Восток» справедливо причисляется к крупнейшим географическим открытиям XX столетия.
Размеры озера впечатляли: в длину оно более 280 км, а в ширину 50 км. Таким образом, площадь водного зеркала составляет больше 10 000 км? и соизмерима лишь с такими озерами, как Онежское (Европа), Чад и Рудольф (Африка), Никарагуа (Центральная Америка) и Титикака (Южная Америка). Средняя глубина в озере 750 метров. После этого советские специалисты из полярной морской геологоразведочной экспедиции основательно «прощупали» озеро методом наземного зондирования.
За несколько лет провели тысячи непрерывных сейсмических разрезов в самых различных направлениях озера. Результаты были ошеломляющие: человек впервые «увидел» то, что спрятано от него под 4-х километровой толщей льда. К примеру, выяснили, что на западной части озера Восток есть множество бухт, заливов, полуостровов. Она мелководна, в отличие от восточной, имеющей обрывистую глубоководную береговую кромку.
Дно этого изогнутого полумесяцем пресноводного бассейна имеет резко пересеченный рельеф, глубина в некоторых местах доходит до 1200 м. Как показали результаты термического сканирования поверхности, температура воды в озере довольно высокая – приблизительно от +10° до +18 °C. А последние исследования японских и американских ученых показывают, что озеро разделено рифом на два независимых ареала, в каждом из которых может быть своя уникальная микробиологическая среда.
Сейчас под ледовым панцирем Антарктиды обнаружили 77 озер. Но крупнейшим из них остается озеро Восток. И уникальность его состоит в том, что толщей льда воды озера были абсолютно отрезаны от прямых контактов с атмосферой, с солнцем, ветрами и с жизнью на поверхности в течении нескольких миллионов лет. А это означает, что биологический и химический состав воды на протяжении всего этого времени оставался неизменным. Многие из исследователей верят, что в древней воде могут обитать уникальные формы жизни. Отличается озеро Восток и силой земного притяжения: исследователи убедились в том, что над глубоководными водоемами гравитация слабей, потому как плотность воды вдвое меньше плотности камня.
Облетая озеро на самолете, учеными была составлена карта его дна. Их работа показала, что в озере находится около 5,4 тысячи кубических километров воды – приблизительно 5% от общемирового запаса пресноводной воды. Также предположили, что озеро Восток расположено в рифтовом разломе земной коры. Тогда, вполне вероятно, на его дне происходят процессы, близкие к вулканическим, с извержением солевых потоков. Потому в придонных слоях вода может быть соленой. А сверху за счет таяния ледника вода, скорей всего, пресная.
Полученные данные также дали возможность ученым определить высоту (уровень) свободной поверхности воды. Выяснилось, что она на 3100 м выше уровня моря, т. е. вода озера Восток не имеет прямого контакта с океаном, окружающим со всех сторон Антарктиду. Кроме этого, над поверхностью воды находится высокий, в сотни метров куполообразный свод, заполненный древним воздухом.
Почему же при такой низкой температуре происходит таяние ледников? Научный ответ для неподготовленного человека мало что может объяснить. Но вкратце это выглядит следующим образом. Идя вслед за российским гляциологом И.Зотниковым, ученые Бристольского университета провели в 2000 г. троекратную радиолокационную съемку озера.
Выяснилось, что у западной и северной его окраин, несмотря на низкие температуры, каждый год стаивает почти 10-ти сантиметровый слой льда (температура таяния ниже обычной из-за большого давления лежащего сверху ледникового щита!). Еще проще – ледяная шапка выполняет роль термоса, а тепло Земли подтапливает лед. Впоследствии талая вода снова замерзает у основания ледяного покрова, наращивая его снизу, – но уже у противоположных берегов. Таким образом, воды озера Восток медленно циркулируют и полный цикл их обновления, согласно подсчетам исследователей, занимает 15–30 000 лет.
Еще в начале 70-х годов прошлого века, когда о существовании озера имелись лишь догадки, на станции «Восток» начал действовать проект глубинного бурения льда. Первоначально основной целью глубинного бурения было получение непрерывного ледяного керна – цилиндрической колонки льда – своеобразного среза ледника, изучение которого дало возможность реконструировать все изменения климата нашей планеты за последние 420 000 лет, записанного в слоях нараставшего льда.
Еще в 1959 г. начальник станции «Восток» В.С.Игнатов с помощью термобура смог достичь 40-метровой глубины. Годом позднее термобур, сконструированный И.А.Зотиковым, прошел на 10 метров больше. Из-за несовершенства техники достичь более впечатляющих результатов тогда не получилось – бур просто вмерзал в лед. Ситуация изменилась с приходом в 1967 г. специалистов Ленинградского горного института, которые три десятка лет занимались бурением льда на станции «Восток», сумев углубиться в ледяную толщу на 3623 м.
Ученые получили точные данные об изменениях в климате за последние 420 000 лет. Тем самым получили информацию о четырех полных климатических циклах на Земле. Но именно эта скважина и стала предметом для дискуссий. Когда российские исследователи начали углублять скважину, выяснили, что ниже глубины 3543 м., по данным изотопного анализа, находится лед неатмосферного происхождения. Как рассказал Валерий Лукин, атмосферные льды образуются в результате выпадения снега, который под собственной тяжестью превращается в фирн, а поздней в лед. Но лед из скважины был образован явно в результате замерзания воды.
На основании этого вышеупомянутый Игорь Зотиков предложил новую теорию. Опираясь на гипотезу о существовании суперматерика Гондвана (в его состав входили Африка, Южная Америка, Азия, Австралия и, возможно, Антарктида, которые, впоследствии расколовшись, начали дрейфовать по земному шару и заняли в последствии современное положение), он предположил, что озеро Восток появилось как раз до оледенения Антарктиды, которое началось после сползания материка к полюсу холода. Воды новообразовавшегося озера покрылись льдом вместе со всем материком. По данным российских исследователей, толщина озерного льда над водой составляет 210 м. Академик Зотиков предположил, что это и есть та самая равновесная величина, через которую уже 50 миллионов лет не может проникнуть волна холода.
1994 год — российские гляциологи пробурили три четверти пути до озера, изучая 400-тысячелетнюю климатическую историю Земли, записанную в слоях нараставшего льда. Образцы, добытые очень близко к «куполу», показывают присутствие микробов (в том числе и ранее неизвестных науке), питательных веществ и разных газов, включая метан. Говоря по другому, обнаружены все типичные признаки биологических процессов ныне, может быть, протекающих в полностью изолированной экосистеме. То есть это уникальная «капсула из древнего мира», открыв которую, ученые смогут решить множество сложнейших нерешенных проблем в истории Земли.
Российский рекорд по сверхглубокому бурению не преодолел еще никто: россияне смогли достичь запредельной отметки в 3623 м (специалисты других стран пока не преодолели барьер в 2500). Тем не менее, образцы льда, извлеченного в 1998 г. с этой глубины ученые России, Америки и Франции поделили поровну. Достигнув этой точки, исследования были простановлены. Российская техника могла бы продвигаться и дальше, но бурение прекращено из-за опасности нестерильного отбора проб, способного повредить уникальную реликтовую систему озера. Ведь в изолированной на протяжении сотен тысяч лет природной нише сложилось свое биологическое равновесие.
Что может произойти, когда вместе с бурами сюда ворвется насыщенный современной микрофлорой атмосферный воздух? Не приведет ли неожиданная экспансия к непоправимым последствиям? А некоторые из стран и вовсе призывают не вторгаться в неизведанное. А вдруг оттуда, из вековой тьмы, вынырнет какая-то «чума XXI века»?
В силу ряда физических причин, есть предположение что озеро Восток, перенасыщено газами (в частности кислородом), и микроорганизмы, приспособившиеся к этим условиям, могут обладать уникальными свойствами. Неосторожное столкновение двух миров может привести к конфликту, и кто может выйти из него победителем, неизвестно: микробы озера Восток могут пострадать от вторжения микроорганизмов из земной биосферы, но и мы, теоретически, можем оказаться в роли жертвы.
Потому в 1998 г. на заседании SCAR – Международного научного комитета по антарктическим исследованиям – приняли решение остановить бурение. «Озеро очень ценно, чтобы экспериментировать с ним», – предупреждает Кинан Эллис-Эванс, микробиолог из Кембриджа (Великобритания).
Однако, даже будучи до конца неразгаданным, озеро Восток уже подарило науке множество бесценной информации. Например, его предлагаемая модель поразила астрономов сходством с природными условиями Марса. Известно, что северный полюс красной планеты также покрыт гигантским ледником. А миллионы лет назад Марс, как и Земля, испытал резкие изменения наклона оси вращения. Говоря по другому, области, являющиеся ныне полюсами холода, на обеих планетах имели в прошлом куда более теплый климат.
Тогда становится вполне правдоподобной гипотеза о том, что и на нашем космическом соседе есть полярные озера, подобные озеру Восток. И если под ледниками Антарктиды обнаружат жизнь, то почему бы таковой не оказаться и на Марсе? Даже Национальное космическое агентство США всерьез заинтересовалось проблемой земного озера, сопоставив его с океаном Европы, спутника Юпитера.
Оказывается, подледниковое озеро на Земле – это идеальный полигон для отработки технологии проникновения под лед на Европе, где океан, как минимум, покрыт 20-ти километровой толщей льда, а озеро Восток – «всего» 4-х километровой. Но проблемы остаются теми же. Как не занести «грязь» (земные бактерии) на юпитерианскую луну, как пробить лед, как обеспечить передачу сигнала от подводного аппарата на поверхность?
Антарктический керн дал возможность судить о глобальных изменениях климата, происходивших на планете за последние сотни тысяч лет. По соотношению изотопов кислорода в пузырьках воздуха ученые определили изменение содержания углекислого газа в атмосфере за последние полмиллиона лет. Уже достоверно известно, что оно изменялось – и очень сильно. И самое главное – без какого-то участия человека! А ведь именно «парниковым эффектом», вызванным развитием человеческой цивилизации, сторонники глобального потепления объясняют повышение средних температур атмосферы. Исследования показали, что вулканическая деятельность или, скажем, гигантские лесные пожары выбрасывали в атмосферу куда большее количество окиси углерода.
Дальше – больше. По утверждениям академика А.Капицы, сначала поднималась температура атмосферы, а потом росло содержание в ней углекислого газа, а никак не наоборот! Словом, уже делают удивительные открытия! В керне антарктического льда, изъятого с глубины 3543 м, найдены следы ДНК. «Исследователи сразу же поняли, что имеют дело с уникальным природным „реликтом“, – сказал начальник российской экспедиции Института Арктики и Антарктики В.Лукин. – Не исключено, что озеро таит в себе незнакомые современной науке бактериальные формы жизни, возраст которой около полумиллиона лет. Найденная ДНК, не совпадающая с земными организмами, – тому подтверждение. Специалисты по молекулярной биологии также убеждены, что такого вида ДНК нет в каталогах мировой науки».
Исследования идут полным ходом и приносят все новые открытия. В керне озерного льда из скважины молекулярными биологами из Петербургского института ядерной физики были обнаружены три вида термофильных мертвых бактерий, неизвестных науке. Их современные аналоги развиваются в гидротермальных источниках активных областей океанов и континентов при температурах +40–60 °C. Из этого следует, что когда-то воды озера Восток были теплей всех современных южных морей.
Российский микробиолог С.Абызов в результате исследований керна из глубочайшей в Антарктиде скважины доказал, что микроорганизмы существуют в состоянии анабиоза во льду вплоть до самых глубоких горизонтов. Пока считается, что жизнь, которая может быть найдена в воде озера или его донных отложениях, также ограничена микроорганизмами. При этом ни один из тех, что известны на сегодня, не смог бы существовать достаточно долго в этой воде.
По словам В. Лукина, это событие по своей научной значимости можно сравнить лишь с высадкой человека на Луну. До поверхности озера осталось около 130 метров. «Пройти это расстояние мы рассчитываем в три зимовки», – сказал В.Лукин.
Водный слой озера отделяет от забоя скважины всего 130 метров льда. Что ждет человечество за этой небольшой перемычкой?
В.Сядро, Т.Иовлева
ред. shtorm777.ru
